[发明专利]紧密排布的复合二氧化硅纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法

说明书

本发明公开了一种紧密排布的复合SiO₂纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法，通过实心、空心SiO₂纳米球组装紧密排布的复合纳米球阵列结构，然后在此阵列结构上，组装实心SiO₂纳米球，制备出高透过率的SiO₂纳米球仿蛾眼减反结构。该减反结构在可见光波段具有高透过率且入射光角度依赖小。SiO₂纳米球仿蛾眼减反结构在光伏电池、平板显示器等光电设备中具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种紧密排布的复合SiO₂纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法，通过紧密排布的纳米球阵列结构实现SiO₂纳米球仿蛾眼减反结构以及其透过率的调控。SiO₂纳米球仿蛾眼减反结构在光伏电池、平板显示器等光电设备中具有很高的应用价值。

背景技术

光学薄膜广泛应用于光学和光电子技术领域，其中减反射薄膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜。减反射薄膜被广泛的应用于不同的光学器件(如太阳能电池，显示屏，监控器，液晶显示器)中，通过减少不必要的光反射，来实现光的高透过率。最常见的减反射薄膜是在基底上镀一层或多层减反射均匀介质的薄膜，通过干涉效应来实现减反射。减反射薄膜的制备不仅要考虑其透过率，还要考虑其硬度、耐热性和与玻璃等光体的结合力度，根据适合不同的需求，目前研究发现常用的材料主要有SiO₂,TiO₂,MgF₂和VO₂等，其中SiO₂因其成本低制备简单而备受欢迎。为了实现减反性能，可以设计单层减反结构[ACSAppl Mater Interfaces,2012,4:854–859]和逐级减反结构[Nanoscale,2018,10:15496-15504]。

单层减反结构主要通过纳米粒子直接堆垛沉积，纳米粒子分散沉积和制备多孔结构等方法制得。[ACS Appl Mater Interfaces,2012,4:854–859；Appl Surf Sci,2018,439:323–328]这些方法很难同时满足结构和性能两方面的需求，从而限制了减反膜的应用，因此本发明设计出利用实心空心复合的纳米球制备高透过率的紧密排布纳米球阵列结构，该减反结构有利于生长连续薄膜。

可以实现宽波段减反而得到较大的发展。得益于“蛾眼效应”的启发，仿蛾眼结构可以很好的实现逐级减反，达到宽波段宽角度的减反射性能[Adv Mater,2012,21:973–978]。仿蛾眼结构可以为纳米棒状，纳米锥形和纳米柱状等结构，它可以实现宽波段/宽角度的减反射性能，但是目前制备仿蛾眼减反结构的方法主要有湿法刻蚀、干法刻蚀、纳米压印光刻和电子束刻蚀，这些方法有的制备过程复杂，有的成本高昂。[ACS Photonics,2014,1:47–52；Acs Nano,2012,6:3789–3799；Optica,2017,4:678-683]所以探究出一种制备过程简单、成本低廉的方法来得到仿蛾眼减反结构受到广泛关注。有研究者开始尝试通过溶剂蒸发自发实现相分离原位制备连续的仿蛾眼减反结构，但是这种方法制备的减反射薄膜透过率不高，最大透过率仅为97.2％，本发明在紧密排布的纳米球阵列结构的基础上利用溶胶凝胶法制备出仿蛾眼减反结构，该方法制备过程简单，成本低廉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧密排布的复合SiO₂纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法，旨在解决的技术难题是一种低成本、操作过程简单的方法，制备出在可见光波段具有高透过率且入射光角度依赖小的SiO₂纳米球仿蛾眼减反结构。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种紧密排布的复合SiO₂纳米球阵列结构的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：SiO₂空心球溶胶的制备